【文章內(nèi)容簡介】 CH4 等）時，原來吸附的氧脫附，而由可燃煙霧 以正離子狀態(tài)吸附在二氧化錫半導體表面；氧脫附放出電子，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使二氧化錫半導體導帶電子密度增加，電阻值下降。而當空氣中沒有煙霧時，二氧化錫半導體又會自 動恢復氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是 MQ2 型燃性煙霧傳感器檢測可燃煙霧的基本原理。 MQ2 型傳感器的結(jié)構(gòu)圖如 圖 所示，其外觀如 所示。 電子電器工程學院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 目錄 圖 型傳感器的結(jié)構(gòu)圖 圖 MQ2 型傳感器的外觀 MQ2 型傳感器的特性及主要技術(shù)指標 (1) MQ2 型傳感器的一般特點 (a)MQ2 型傳感器對天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對烷類煙霧更為敏感。 (b)MQ2 型傳感器具有良好的重復性和長期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定， 響應(yīng)時間短，長時間工作性能好。 2022 級電子信息科學與技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） III 169。MQ2 型傳感器具有良好的抗干擾性，可準確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等。 (d)電路設(shè)計電壓范圍寬， 24V 以下均可；加熱電壓 5177。 。 (2) MQ2 型傳感器的基本特性 (a) 靈敏度特性 煙霧傳感器在最佳工作條件下，接觸同一種煙霧，其電阻值 RS 隨氣 體濃度變化的特性稱之為靈敏 度特性，用 K 表示。 K=RS / R0 (21) 式中， R0 為煙霧傳感器潔凈空氣條件下的電阻值， RS 為煙霧傳感器在一定濃度的檢測煙霧中的電阻值。 雖然對于不同的煙霧，器件靈敏度特性 K 的值也會各有差異，但是它們都遵循同一規(guī)律， log RS = m logC + n (22) 式中， m 為器件相對煙霧濃度變化的敏感性，又稱煙霧分離能，對于 煙霧， m 值為 1/2~1/3； C 為檢測煙霧的濃度。 n 為與檢測煙霧，器件材料有關(guān)，并隨測試溫度和材料中有無增感劑而有所不同。 (b) 初期穩(wěn)定特性 半導體煙霧傳感器在不通 電狀態(tài)存放一段時間后，再通電時，器件并不能立即投入正常工作。這是因為煙霧傳感器中的二氧化錫在不通電的狀態(tài)下會吸附空氣中的水蒸氣，當再次通電時需要預熱幾分鐘使水蒸氣蒸發(fā)后，氣敏電阻才能正常工作。再通電工作時氣敏電阻值達到穩(wěn)定時所需要的時間，定義為初期穩(wěn)定時間。一般情況下，不通電時間越長，初期穩(wěn)定時間也越長，當不通電存放時間達到 15 天左右時，初期穩(wěn)定時間一 般需要 5 分鐘左右。 (c) 加熱特性 半導體煙霧傳感器一般要在較高的溫度 (200~450176。 C)下工作，所以需要對其加熱。由于傳感器一般工作在易燃易爆環(huán)境 下，若加熱絲直接與電源相接，當加熱絲局部短路造成器件過熱或放電時，可能引發(fā)事故。所以必須使用傳感器生產(chǎn)廠家推薦的加熱電壓，使其工作在較安全的范圍內(nèi)。 MQ2 型煙霧傳感器加熱電壓為 5177。 ，加熱電阻為 31177。 3?。當加熱絲斷路時，由于熱惰性緣故，煙霧傳感器的氣敏特性并不立即消失，此時檢測必出現(xiàn)較大的誤差。為避免出現(xiàn)這種情況，并及時發(fā)現(xiàn)氣敏元件的故障， 需要設(shè) 電子電器工程學院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 目錄 計加熱絲故障診斷報警電路。 (3) MQ2 型傳感器的特性參數(shù) (a)回路電壓： (Vc) 5~24V (b)取樣電阻： (RL) ~20K (c)加熱電壓： (VH)5177。 (d)加熱功率： (P)約 750mW (e)靈 敏 度：以甲烷為例 R0(air)/RS (%CH4)＞ 5 (f)響應(yīng)時間： Tres＜ 10 秒 (g)恢復時間： Trec＜ 30 秒 煙霧檢測報警器整體設(shè)計方案 3 煙霧檢測報警器整體設(shè)計方案 煙霧檢測報警器原理圖 本論文中的煙霧檢測報警器以 STC89C52RC 單片機為控制核心，采用 MQ2型電阻式半導體傳感器采集煙霧信息。 首先，傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的微小的電壓信號經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號 送入 ADC0832；然后，在 ADC0832 內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換、然后送入單片機進行濃度比較，并判斷濃度值是否超出報警限，當濃度處于正常狀態(tài)綠燈長亮，當煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時，發(fā)出聲音報警并伴隨紅燈閃亮。另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越 快，響應(yīng)時間和恢復時間就越快。為提高響應(yīng)時間，保證傳感器準確地、 穩(wěn)定地工作，報警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個 5V 的電壓。 報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 ，系統(tǒng)以單片機為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、狀態(tài)顯示、報警、按鍵輸入等功能。 2022 級電子信息科學與技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） III 煙 霧 傳感 器A / D 轉(zhuǎn)換單片機狀 態(tài) 指示 燈聲 音 報警緊 急 按鍵 圖 煙霧傳感器檢測報警器結(jié)構(gòu)框圖 單片機的選型 單片機的結(jié)構(gòu) STC89C52RC單片機是一款低功耗、低電壓、高性能 CMOS8位單片機，片內(nèi)含 8KB（可經(jīng)受 1000 次擦寫周期）的 FLASH 可編程可反復擦寫的只讀程序存儲器（ EPROM），器件采用 CMOS工藝和 ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲器（ NURAM）技術(shù)制造，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51 兼容，片內(nèi)的 FLASH 存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非 易失性存儲編程器來編程。因此， AT89C52 是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應(yīng)用在各個控制領(lǐng)域 [1]。 STC89C52RC具有以下主要性能 ： FLASH 存儲器； ： 0～ 24HZ； RAM； ，輸出（ I、 O）口； 引腳說明如圖 22。 電子電器工程學院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 目錄 圖 22 STC89C52RC 引腳說明 引腳功能說明如下： VCC：電源電壓。 GND：地。 P0口： P0口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O 口，也 即地址 /數(shù)據(jù)線復用口。作為輸出口時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端。 在訪問外部數(shù)據(jù)儲存器或程序儲存器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 FLASH 編程時， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作為 輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 FLASH編程和程序校驗期間， P1接收低 8位地址。 P2 口： P2 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序儲存器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)儲存2022 級電子信息科學與技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） III 器（例如執(zhí)行 MOVX@DPTR 指令）時， P2口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)儲存器（例如執(zhí)行 MOVX@RI指令）時， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。 FLASH編程或校驗時， P2亦接收高位地址和其他控制信號。 P3 口： P3 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 P3除了作為一般的 I/O口線外，更重要 的用途是它的第二功能，具體功能說明如表21。 P3口還接收一些用于 FLASH閃速存儲器編程和程序校的控制信號。 RST:復位輸入。當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。 表 21 P3口的第二功能表 即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以是時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此他可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳端口引腳 第二功能 RXD(穿行輸出口 ) TXD(穿行輸入口 ) INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0(定時 /計數(shù)器 0) T1(定時 /計數(shù)器 0) WR(外部數(shù)據(jù)寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)讀選通 ) 電子電器工程學院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 目錄 過一個 ALE脈沖。對 FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH單元的 D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE無效。 PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT80C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的 PSEN信號不出現(xiàn)。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU僅訪問外部程序儲存器（地址為 0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存 EA端狀態(tài)。如 EA端為高電平（ Vcc端）， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序儲存器中的指令。 FLASH 儲存器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當然這必須是該器件是使用 12v編程電壓。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端 ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 ADC0832 簡介： ADC0832是 NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的串行接口 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器，通過三線接口與單片機連接，功耗低，性能價格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。ADC0832 為 8位分辨率 8位串行 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0832 A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達 256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能 的選擇。 其主要特點如下： ● 8位分辨率，逐次逼近型，基準電壓為 5V； ● 5V單電源供電； ● 輸入模擬信號電壓范圍為 0～ 5V； ● 輸入和輸出電平與 TTL和 CMOS兼容； 2022 級電子信息科學與技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） III ● 在 250KHZ時鐘頻率時，轉(zhuǎn)換時間為 32us； ● 具有兩個可供選擇的模擬輸入通道； ● 功耗低， 15mW。 ADC0832有 DIP 和 SOIC兩種封裝， DIP封裝的 ADC0832引腳排列如圖 。 各引腳說明如下： ● CS—— 片選端，低電平有效。 ● CH0， CH1—— 兩路模擬信號輸入端。 ● DI—— 兩路模擬輸入選擇輸入端。 ● DO—— 模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端。 ● CLK—— 串行時鐘輸入端。 ● Vcc/REF—— 正電源端和基準電壓輸入端。 ● GND—— 電源地。 ADC0832 的控制原理 一般情況下 ADC0832與單片機的接口應(yīng)為 4條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、 DI。但由于 DO端與 DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 DO和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當 ADC0832未工作時其 CS輸入端應(yīng)為高電平，此